tenbaby 发表于 2023-8-24 09:36:57

目前的科技条件下,单人飞行器有什么技术上的难题呢?

今年号称是虚拟现实的元年,ces上一大批无人机,vr产品,机器人等创新的技术都进一步发展,那个人飞行器有什么进展吗?PS:对于我来说,飞翔一直是永远也停不下来的幻想

qq1981 发表于 2023-8-24 09:37:53

火箭腰带——如此诱人的技术一定有某种用途。如果军队不想要它,也许电影想要。
作者:巴里·迪格雷戈里奥(Barry E. Digregorio)
翻译、配图:爱吃大灰狼的小灰兔
《发明与技术》(Invention & Technology)1996年春季|第11卷|第4期

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伊卡洛斯是希腊巧匠代达罗斯(Daedalus)之子。两人穿戴木头、鸟羽和蜡制作的翅膀,从克里特岛逃回雅典。但伊卡洛斯路上不听父亲劝告而飞得太高,被太阳晒化了翅膀上的蜡,坠海身亡。

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《惊奇故事》是雨果·根斯巴克(Hugo Gernsback)创刊的廉价科幻杂志。约翰·坎贝尔(John W.CamPbell)任主编时,开启了科幻文学的黄金时代。

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Armageddon又叫哈米吉多顿,是《新约·启示录》中预言的世界末日时,善恶(上帝/魔鬼)力量最终决战的战场。

自古以来,人类一直梦想着用人造翅膀飞行。火箭腰带用二十世纪的技术实现了这一永恒的幻想。虽然关于飞行的传说至少可以追溯到希腊神话中的伊卡洛斯(Icarus),但已知最早将火箭推进装置绑在人背上的设想是在1928年出现的,在一篇刊载在通俗杂志《惊奇故事》(Amazing Stories)的短篇科幻小说《末日战场2419》(Armageddon 2419 A.D)中,由菲利普·弗朗西斯·诺兰(Philip Francis Nowlan)所作。诺兰的主人公,是个名叫巴克·罗杰斯(Buck Rogers)的一战王牌飞行员,他被卷入了一个出了问题的放射性实验,并在五百年后的未来苏醒,当时首选的交通方式是火箭腰带。这个故事在不同媒体上,引起巴克·罗杰斯的后续故事呈雪崩式的爆发。
便携式火箭的首次实际使用发生在1933年的德国。一个勇敢的年轻人穿着轮滑鞋点燃了一串固体火箭,让他在一大群好奇的观众面前沿着地面翻滚。虽然他被烧伤、被擦伤,但他还是从自己的愚蠢行为中活了下来。只是后来他尴尬地发现,一个摄影师拍下了这一特技表演,并作为短片在世界各地的影院放映。(现在)在涉及火箭和太空飞行的纪录片中,仍然可以看到这一事件的镜头。

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红石兵工厂(Redstone Arsenal),最初是一所以制造和储备化学弹药(光气、芥子气、路易氏气、催泪瓦斯)和烟火设备的兵工厂。二战后,它逐渐转型成为重要的火箭、导弹开发/制造/测试中心,在这里先后诞生了红石、朱庇特、朱诺、诚实约翰、小约翰、潘兴火箭/导弹。

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韦恩赫尔·冯·布劳恩(Wernher von Braun),20世纪最著名也最重要的火箭专家。二战前他已是德国陆军的火箭技术总负责人,开发了V-2导弹。V-2既是世界第一种投入实用的运载火箭与弹道导弹,也是战后中美苏三国运载火箭与弹道导弹的技术起点。战后冯·布劳恩移居美国,最为人知的成就是主持开发了土星5号火箭。

1949年,美国陆军红石兵工厂的雷达工程师托马斯·W·穆尔(Thomas W. Moore),有了个利用火箭推进的便携飞行腰带的想法。他与红石火箭团队的负责人韦恩赫尔·冯·布劳恩讨论了他的想法,后者鼓励他开发这种腰带。次年,穆尔提交了一份正式提案,并获得了25,000美元的陆军拨款,用于可行性研究。这项研究的结果是 "喷气背心",旨在帮助部队通过快速奔跑或跳起至多20英尺来越过崎岖地形。穆尔的装置只工作了几秒钟——时间太短,无法发挥作用——但它促使陆军寻求其它想法来提高步兵的机动性。

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贝尔飞机公司几经起落,如今以直升机业务为主

1953年,被分配到贝尔飞机公司(Bell Aerosystem)X-2火箭(动力)飞机项目的年轻工程师温德尔·F·穆尔(与托马斯没有关系)(Wendell F. Moore),开始在加利福尼亚的爱德华兹空军基地(Edwards Air Force Base)为火箭腰带绘制初步图纸。在他被调到贝尔公司位于纽约尼亚加拉瀑布(Niagara Falls)的工厂后,他完善了这些概念,而军方又开始产生了兴趣。1957年,美国陆军运输研发司令部(U.S. Army Transportation Research and Development Command)确定了对这种装置的要求: 它必须提供300磅的推力,足以携带一名士兵穿越崎岖的地形,并且获得的高度足以用于监视。穆尔和他的贝尔 "人操火箭 "小组已经设计了一个奇形怪状的结构,由钢管和柔性软管组成,高15英尺,叫做氮气帆装,他们可以戴着它进行系留飞行,研究火箭腰带正常飞行所需的特性。
经过几年的测试和计算,一部原型机已经准备就绪。1958年12月17日,穆尔把自己绑在橡胶腰带上,把控制臂放在他的腋下,并向一名技术员发出了"竖拇指"的信号,后者从一个大罐中放出加压氮气。当团队成员抓住连接在他身上的绳索时,穆尔进行了火箭腰带的第一次系留飞行。在接下来的几个月里,这一幕将重复多次。
凭借穆尔的系留飞行,贝尔公司在1960年8月赢得了一份开发火箭腰带的陆军合同。该合同是一个最低成本项目,因此穆尔用现成的物品来设计火箭腰带,包括X-1和X-2中使用的标准氧气呼吸瓶。在飞行中固定飞行员和燃料箱的紧身衣是用玻纤制成的。一系列跳伞级质量的带子和扣子围绕着飞行员的腰部和肩部,并连接到玻纤紧身衣和固定增压燃料箱的金属框架上。

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赫尔穆特·瓦尔特(Hellmuth Walter),德国工程师,致力于研究过氧化氢燃料和发动机。他主导设计的过氧化氢发动机用在了Me-163和Ba-349火箭动力喷气机、U-X VIIA型蒸燃轮机潜艇上。

火箭腰带使用的燃料是90%浓度的过氧化氢,以及让它们可以穿行系统的加压氮气。自20世纪50年代中期以来,过氧化氢一直被认为是一种潜在的推进剂,当时一位名叫赫尔穆特·瓦尔特的德国科学家发现,高浓度的过氧化氢与铜或银之类的金属接触时,会放出大量蒸汽。燃料装在三个氧气瓶里:两个用来装过氧化氢,分别位于火箭腰带框架的左右两边,中间的瓶子装着加压氮气。

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在测试火箭腰带A-1原型机时,穆尔遭受了贝尔公司火箭腰带计划中唯一一次严重伤害。在1960年的第20次飞行中,尼龙系带被过热的火箭喷嘴缠住,融化了,令穆尔从10英尺高的地方掉到水泥地上。他的膝盖骨在撞击中碎裂,使他在以后的飞行中只能留在地面上。
贝尔公司开始寻找一个新的试飞员。27岁的哈罗德·格雷厄姆是贝尔公司的另一位火箭工程师,他自愿担任这项工作。在他的系留飞行中,格雷厄姆发现他可以通过简单调整他的体重来改变俯仰和转向的方向。他用两个 "喷射舵 "——火箭喷嘴上一套钢线系统控制的小金属圈,来控制偏航。在进行了36次系留飞行后,格雷厄姆准备进行他的第一次自由飞行。

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艾伦·谢泼德(Alan Shepard),美国首位进入太空的宇航员。1961年5月5日他乘坐水星号飞船在亚轨道飞行了15分钟,虽然不及加加林的首航,但依然是一场壮举。

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在1961年4月20日——艾伦·谢泼德“水星号”首飞前的15天,一个凉爽的早上,哈罗德·格雷厄姆在一群陆军人士、贝尔公司工作人员和记者面前,成为了历史上第一个人体火箭。他轻轻地扭动手腕,打开了推力控制手柄,将加压过氧化氢送入一个气体发生器。在那儿,它与银催化剂接触,产生过热蒸汽。蒸汽通过两个喷嘴逸出,为升空提供推力。格雷厄姆戴着护目镜、防撞头盔和橡胶服,保护他免受高温影响,在一团蒸汽中从贝尔公司机库附近的草地上升起。他达到了大约18英寸的高度。这次飞行只持续了13秒,带着他以每小时10英里的最大速度飞行了113英尺。

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哈罗德·格雷厄姆从两栖汽车飞到肯尼迪面前。

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布拉格堡(Fort Bragg),以南军将领布拉克斯顿·布拉格(Braxton Brag)命名的著名军事基地。一战期间这里是炮兵训练基地、二战期间这里是伞兵训练基地、冷战期间这里是特种兵训练基地。目前这里是美国陆军空降兵和特种兵(其它部队也有)的大本营,肯尼迪特战中心学校坐落于此。

格雷厄姆为许多政要做了进一步的演示,包括1962年在北卡罗来纳州的布拉格堡,在肯尼迪总统面前的一次飞行。到1962年他离开火箭腰带计划时,他已经做了83次无系留飞行。贝尔公司一直在训练另外两个人,彼得·凯泽尔斯基(Peter Kedzierski,一名航空机械师)和罗伯特·F·考特尔(Robert F. Courter,一名前军队飞行员),成为下一个人体导弹。然而,与此同时,军队开始对火箭腰带失去兴趣,因为它的飞行时间有限:只有21秒。尽管到现在它可以在两秒钟内从0加速到每小时60英里,并涵盖860英尺,但陆军认为如果不能延长飞行时间,它的价值就太有限了。在拯救计划资金的最后努力中,贝尔公司试图开发一个系统,但没有成功,它将过氧化物和氮气结合高速风扇使用,从而将飞行时间延长到大约60秒。但人们认为一个开式风扇如果发生松动或移位,就太危险了,所以这个想法被放弃了。

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为了给火箭腰带技术找到用途,贝尔公司将该系统应用在各种奇怪的配置上,如双人平台、单人和双人立杆以及火箭座椅。每一种都运行良好,证明了过氧化氢推进的可靠性,但根本问题仍然存在:只有21秒的燃料。如果超过这个时间,设备就会因太重而无法起飞。
1966年,国家航空航天局(NASA)的阿波罗计划正在进行中,贝尔公司试图让航天局对它的火箭腰带技术产生兴趣。1968年,它被授予了一份25万美元的开发合同。由于月球的重力只有地球的六分之一,所以那里的重量限制会不那么严重,而且可以进行更久的飞行。贝尔公司提出了一个可用于探索月面的单人立杆和一个被称为L.E.A.P.,即月球逃逸宇航员立杆(Lunar Escape Astronaut Pogo)的系统。L.E.A.P.的想法是为了给困在月球上——或许是因为登月舱的上升发动机发生故障——的宇航员提供一种备用的逃生方法。
L.E.A.P.类似于贝尔早先开发的单人立杆,只是有着更大的燃料箱。一个被困宇航员所要做的就是拿出他的L.E.A.P.装置(储存在登月舱中),用登月舱的给养加注燃料,规划好与在轨指令舱的交汇点,然后飞到安全地带。这两个项目都被放弃了。月球车取代了飞行平台的概念,成为月球上活动的首选方法。L.E.A.P.虽然是一个合理的备份,但在一个已经很昂贵的项目中会增加太多的重量和成本。另一个问题是:贝尔飞机公司已经设计并建造了登月舱的上升发动机,太过努力地推动一个备用系统可能会被解释为对自己的发动机缺乏信心。

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1967年,一个军事研究组织高级研究计划署给了贝尔公司3000万美元,用于设计一种能长时飞行的新型便携推进装置。这就需要不同的燃料和不同的发动机。这个项目的正式名称是个人机动系统(IMS)。贝尔公司开发的原型是个喷气腰带,而不是火箭腰带,它可以在空中停留20分钟,航程以英里计算,而相应的火箭腰带是860英尺。它使用威廉姆斯研究公司(Williams Research)的WR-19涡扇发动机,这种发动机直径约一英尺,长度约两英尺。一对半透明的燃料箱装有航空煤油。满油时,喷气腰带重达170磅,至少是火箭腰带重量的三倍。不幸的是,发动机非常响,这当然严重限制了它在监视方面的实用性。不久之后,联邦预算削减导致高级研究计划署取消了生产喷气腰带的订单。该原型机仍然存在;它目前归密歇根州沃德湖(Walled Lake)的威廉姆斯研究公司所有。
要是贝尔公司没有雇用一个好莱坞经纪人,腰带飞行的故事可能就会结束。然而,早在1964年,贝尔公司已经开始在电影、电视节目、体育赛事和广告中投放火箭腰带。它组建了贝尔火箭腰带飞行队,由罗伯特·考特尔、戈登·耶格尔(Gordon Yaeger)、彼得·凯泽尔斯基和比尔·苏特尔(Bill Suitor)组成。这些飞行员成了明星,以其壮观的飞行震惊了全世界的观众。每场演出可以安排多达三次飞行,经常有两名飞行员同时飞行。

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007霹雳弹

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迷失太空

1965年,公众看到了其中两次最重要的飞行。第一次是在詹姆斯·邦德的电影《霹雳弹》(Thunderball)中,007戴上了火箭腰带,逃离了追捕他的坏蛋。第二次是在电视剧 "迷失太空 "(Lost in Space)科幻系列中。耶格尔和苏特尔被空运到死亡谷的一个偏远地点,模拟一个漂流家庭在充满敌意的外星球上探索他们的新世界的场景。在《霹雳弹》和《迷失太空》之后,贝尔公司被大量的询价所淹没,并一度不得不在手头保留五条火箭腰带。在这些表演中,贝尔公司的火箭腰带保持了100%的安全记录,即使是在3000次飞行之后。
1970年,当火箭腰带计划被放弃时,苏特尔离开了贝尔公司,在纽约州电力局(New York State Power Authority)担任轮机操作工。他没有想到,很快他就会再次驾驶火箭腰带。泰勒无振动相机支架的设计师纳尔逊·泰勒(Nelson Tyler),经常看到贝尔火箭腰带团队在迪斯尼乐园的表演。只要有可能,他就要求与火箭人一起合影。每次他这么做的时候,他都会设法在照片的某个地方加入一个工程比例尺。泰勒把这些照片带回家,开始用贝尔公司的过氧化氢推进器设计自己的火箭腰带。在几个月内,他有了一个原型机,但无法让它正常工作。在听说了泰勒在做的事情后,苏特尔与他取得了联系,并帮助完善了他的腰带。因此,1970年,泰勒的美国飞行腰带公司(American Flying Belt Company)诞生了。由于泰勒不提供他的腰带出售,因此他不承担专利侵权责任。

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没找到《天龙特攻队》,却找到了《方舟2号》

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​1984年洛杉矶奥运会

在长达20年的职业生涯中,苏特尔为贝尔公司和泰勒公司在一系列电视剧、电影和商业广告中飞行,包括《吉利根岛》(Gilligan’s Island)、《蹩脚宇航员》(The Reluctant Astronaut)、《六百万美元先生》(The Six Million Dollar Man)、《特技猎人》(The Fall Guy)、《纽沃特》(Newhart)和《天龙特攻队》(The A-Team),并在《今夜娱乐》(Entertainment Tonight)和《今夜秀》(The Tonight Show)中担任嘉宾。苏特尔在1984年洛杉矶奥运会上进行了他最壮观的飞行,他在全世界20多亿观众面前完美无瑕地飞行。


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过氧化氢受热易分解,小于等于90%浓度的过氧化氢通常在低温下进行减压精馏制备,大于90%浓度的过氧化氢一般使用结晶法制备。这是实验室减压蒸馏装置的示意图。

越来越多的工作涌入了泰勒的办公室。随着20世纪80年代慢慢过去,他本可以在一年中的每一天都预订火箭腰带,但有个问题:一直到1984年都可以买到的90%浓度过氧化氢燃料,美国已经不再生产了。泰勒和他的工作人员不得不购买88%级过氧化氢,并自己进行复杂的蒸馏过程,这严重限制了燃料供应。
然后,该项目的第一次重大事故发生了。彼得·凯泽尔斯基在澳大利亚的一次体育赛事中为泰勒执行他的第一次飞行工作时,在一部飞机装卸货升降机上硬着陆,摔了大约20英尺。幸运的是没有观众受伤,凯泽尔斯基的伤势也不致命,但飞行腰带扭曲损坏了。凯泽尔斯基辞去了火箭腰带飞行员的工作。苏特尔告诉泰勒,他也要退休了。泰勒自己还没有完全结束,他训练了另一名飞行员,一个名叫金尼·吉布森(Kinnie Gibson)的跳伞员兼热气球商人。1987年,泰勒将他的火箭腰带卖给了哥本哈根的趣伏里公园(Tivoli Gardens)。吉布森现在从趣伏里租用该腰带。据报道,他在迈克尔·杰克逊(Michael Jackson)1992年的巡回演唱会期间进行了40次飞行,赚了140万美元。
火箭腰带家族的最新成员是RB-2000,由德克萨斯州休斯顿的美国飞行腰带公司(与泰勒的公司没有关系)制造。这种新腰带于1994年首次亮相,由一位名叫道格·马莱维茨基(Doug Malewicki)的前阿波罗推进器工程师设计。RB-2000是泰勒型号的复制品,用钛和铝等轻质材料代替了原来的不锈钢。当需要寻找试飞员时,美国飞行腰带公司找的不是别人,正是比尔·苏特尔。1995年1月,苏特尔进行了RB-2000的首次自由飞行。当问及他有多喜欢它时,他回答说:"这是有史以来最好的火箭腰带版本,是一件真正的艺术品,是一只漂亮的鸟!"
正如泰勒所做的那样,美国飞行腰带公司正在为电影、音乐会和体育赛事准备个人表演的时间表。当被问及为什么一项有着三十五年历史的技术至今仍在使用时,苏特尔回答说:“每个看到该装置飞行的人都能联想到像鸟一样自由飞行。这就是火箭腰带的意义所在。”他还说,其它推进系统正在开发中,可能会允许这种装置的商业销售。当被问及新腰带可能用到什么技术时,苏特尔笑着说:"当它准备好时,我就会让你知道......等我飞过以后!"

译注:
原著中,巴克·罗杰斯在从事勘探某种放射性气矿的工作。后来矿洞塌方,巴克·罗杰斯被困洞中,吸入的放射性气体令他沉睡了492年。
简单找了下,没找到提及这一事件的资料。想想也猜到这一镜头一定好玩。
约翰·菲茨杰尔德·肯尼迪(John Fitzgerald Kennedy),美国著名总统。在其任上肯尼迪大力推动了灵活反应战略、新边疆改革、麦克纳马拉改革、提携第三世界国家、创建和平队、建设特种部队、阿波罗登月计划等举措。在任期间先后发生了民权运动、猪湾登陆、古巴导弹危机、第三次柏林危机、越南战争、签订《部分禁止核试验条约》等重大历史事件。1963年遇刺身亡,凶手奥斯瓦尔德和杀死奥斯瓦尔德的凶手先后被杀,因而成为无头案,此案被认为是20世纪最离奇、最扑朔迷离的政治暗杀。
布拉格堡的这次表演应该是1961年10月12日肯尼迪视察布拉格堡的一部分(不排除1962年又在布拉格堡给JFK表演一次的可能),这次飞行表演留下了照片。
高级研究计划署(ARPA)是1958年创建的国防部下属机构,致力于开发可用于军事目的的高新技术,防止它国获得突然性的技术优势,是国防部高级研究计划署(DARPA)的前身。ARPA著名的成果有因特网前身的阿帕网、F-35前身的先进短距起飞/垂直降落计划、海影隐身舰船等等。

Sue 发表于 2023-8-24 09:38:29

最关键是提供高效的能源

cq987 发表于 2023-8-24 09:39:14

使用,买的起的不想学,学的会的买不起。所以出现了私人飞机这种东西。。。

jeanefu 发表于 2023-8-24 09:39:41

飞翔是人接近神的方式之一。扯远了些。
你所说的个人飞行器大概是指这种:

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这类飞行器从数学模型和自动控制,手动控制角度来看和固定翼无人机并没有太大区别(前提是飞行速度不超过0.3个马赫)。
但由于是载人飞行器,那就不止是一堆数字的问题了。
安全因素,人的心里因素,飞行过程中姿态剧烈变化带来的身体影响等等。
这些内容,对于我这个无人机工程师来讲实在是头疼,因为我没办法通过程序和数学计算给出仿真的结果。。。。。。
机器人就好在非常可预测,可设计,但一旦人的参与出现了,那就困难了。
因此该产品短期内不会成为“消费产品”,因此也就不会出现在CES中了。

作者:无人机中的城堡,公众号:CastleUAVStudio
MR.城堡为您提供涵盖无人机技术分析与分享,无人机产品评测(参评、机评),行业分析等领域的专业内容

作者为环球网无人机频道,深圳湾,UAVSNEWS等行业媒体特约撰稿人。
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